Τι είναι ένα αρθρωτό ρομπότ; | 5+ Σημαντικές Εφαρμογές | ΣΚΑΡΑ

Αρθρωτό ρομπότ

Συντελεστές εικόνας: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Ρομπότ KUKA για χειρισμό επίπεδου γυαλιού, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας

Το θέμα της συζήτησης: Αρθρωτό ρομπότ και τα χαρακτηριστικά του

Αρθρωτό ρομπότ | Αρθρωτός βραχίονας ρομπότ

Αρθρωτός ορισμός ρομπότ

Σε βιομηχανικές ρυθμίσεις, τα αρθρωτά ρομπότ είναι ο πιο κοινός τύπος ρομπότ. Ο βραχίονας ρομπότ με περιστροφικούς αρμούς είναι γνωστός ως αρθρωτός βραχίονας ρομπότ. Στο σύμπαν της ρομποτικής, αυτές οι αρθρώσεις αναφέρονται ως άξονες. Αυτά τα ρομπότ κινούνται συνήθως από σερβοκινητήρες και μπορούν να είναι εξίσου απαραίτητα με τη διαμόρφωση δύο αξόνων ή τόσο περίπλοκα όσο δέκα ή περισσότεροι άξονες. Τέσσερις έως έξι άξονες είναι συνηθισμένοι στη βιομηχανική ρομποτική, με τους έξι άξονες να είναι οι πιο συνηθισμένοι.

Με άλλα λόγια, αυτός ο τύπος ρομπότ έχει περιστροφικές αρθρώσεις (π.χ. ρομπότ με πόδια ή βιομηχανικό ρομπότ). Απλές δομές με δύο συνδέσμους σε συσκευές δέκα ή περισσοτέρων συνδέσμων και υλικών επικοινωνίας είναι παραδείγματα αρθρωτών ρομπότ. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι μια από τις πολλές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας για αυτούς. Ακολουθεί ένα παράδειγμα αρθρωτού ρομποτικό βραχίονα.

αρθρωτό ρομπότ
Αρθρωτός βραχίονας ρομπότ; Πηγή εικόνας: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Μέρη κατασκευής ρομπότ κοπής γεφυρών

Ποιος εφηύρε το αρθρωτό ρομπότ;

Βίκτωρ Scheinman, καθηγητής του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, εφευρέθηκε το βραχίονα του Στάνφορντ το 1969. Αυτό ήταν ένα αρθρωτό ρομπότ 6 αξόνων που τροφοδοτείται εξ ολοκλήρου από ηλεκτρική ενέργεια. Χάρη σε αυτή τη νέα τεχνολογία, οι κατασκευαστές θα χρησιμοποιούν τώρα ρομποτική για δραστηριότητες συναρμολόγησης και συγκόλλησης. Αργότερα πούλησε τις ιδέες του στην Unimation, η οποία συνεργάστηκε με την General Motors για την κατασκευή τους.

Αρθρωτός σχεδιασμός ρομπότ | Διαμόρφωση αρθρωτού ρομπότ

Οι αρθρώσεις του ρομπότ αναφέρονται ως άξονες και κάθε άξονας έχει έναν επιπλέον βαθμό ανεξαρτησίας, αναφερόμενος στις ατομικές κινήσεις του ρομπότ. Οι άξονες συνδέονται συνήθως σε μια αλυσίδα για να επιτρέπουν στον καθένα να υποστηρίζει μια δομή ρομπότ πιο μακριά από τη γραμμή.

Κάθετο αρθρωτό ρομπότ

Η κατασκευή του ρομπότ ξεκινά με ένα κατακόρυφο προσανατολισμό που στεγάζει την πρώτη άρθρωση, εξ ου και το άλλο όνομα Vertically Articulated Robot. Αυτή η πρώτη περιστρεφόμενη άρθρωση συνδέει το κύριο σώμα ρομπότ με το πάτωμα. Ένας άλλος περιστρεφόμενος σύνδεσμος συνδέει τον ώμο στο σώμα του ρομπότ και τρέχει κάθετα σε αυτό και μια παράλληλη περιστρεφόμενη άρθρωση βρίσκεται στο άκρο του ώμου του ρομπότ, που συνδέει τον ώμο με το βραχίονα του ρομπότ.

Στο τέλος του βραχίονα, χρησιμοποιούνται άλλες αρθρώσεις για τη σύνδεση του καρπού του ρομπότ με τον τελικό τελεστή. Όπως το FANUC M-10ia, αυτή η ρομποτική δομή έχει κατασκευαστεί έτσι ώστε να μοιάζει με ανθρώπινο βραχίονα. Οι σερβοκινητήρες του ρομπότ ελέγχουν την περιστροφή κάθε άξονα, επιτρέποντας την ακρίβεια και την ταχύτητα. Αυτό έχει περισσότερους βαθμούς ελευθερίας από οποιοδήποτε άλλο είδος ρομπότ, γι 'αυτό είναι τόσο δημοφιλής στους κατασκευαστές και το αυξημένο εύρος κίνησης τους μοιάζει πολύ με αυτό του ανθρώπου, καθιστώντας τα κατάλληλα για γραμμές συναρμολόγησης.

Επιτρέπουν επίσης μεγαλύτερη ευελιξία στη διαδικασία κατασκευής. Λόγω της ικανότητάς τους να κάνουν πολλές κινήσεις, είναι πιο προσαρμόσιμες στις βελτιώσεις στο περιβάλλον κατασκευής ή στα αντικείμενα εργασίας. Η βελτιωμένη κίνηση δίνει στο ρομπότ έναν πιο εκτεταμένο φάκελο εργασίας, επιτρέποντάς του να χειρίζεται μια ευρύτερη γκάμα τεμαχίων εργασίας από μικρά έως τεράστια.

Πώς λειτουργούν τα αρθρωτά ρομπότ;

Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα αρθρωτά ρομπότ 6 αξόνων μπορούν να ταξιδέψουν σε οποιοδήποτε σημείο εντός του φακέλου λειτουργίας με αρθρωτό και παρεμβαλλόμενο τρόπο.

Σύστημα ελέγχου αρθρωτού βραχίονα ρομπότ

Ένα κινηματικό πρόβλημα που προκύπτει από τη μη γραμμικότητα της διαμόρφωσης του βραχίονα είναι μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις στη λειτουργία ενός αρθρωτού-ρομποτικού βραχίονα. Με άλλα λόγια, η μη γραμμικότητα μεταξύ της κατάστασης του χεριού του ρομπότ (δηλαδή, της θέσης και του προσανατολισμού του) και της κατάστασης των αρθρώσεων (δηλαδή, οι περιστροφικές γωνίες τους) καθιστά δυσκολότερη τη μεταμόρφωση των συντεταγμένων. Λόγω αυτής της μη γραμμικότητας, υπάρχουν μερικά μοναδικά σημεία στον κρατικό χώρο των αρθρώσεων όπου ο βαθμός ελευθερίας του χεριού του ρομπότ μειώνεται και αυτό αυξάνει περαιτέρω την πολυπλοκότητα του προβλήματος.

Ο πλεονασμός, έχει ειπωθεί, θα λύσει με επιτυχία το ζήτημα της μοναδικότητας, ενώ θα συνεχίσει να αυξάνει τη σταθερότητα και τη λειτουργικότητα του ρομπότ.

Ο έλεγχος τροχιάς του ρομπότ μπορεί να γίνει κατανοητός από το Ενότητα Ρομποτικής Κινηματικής και η συζητούμενη προσέγγιση μπορεί να εφαρμοστεί για κάθε συμβατικό σχεδιασμό βραχίονα ρομπότ.

Χώρος εργασίας αρθρωτού ρομπότ | Φάκελος εργασίας αρθρωτού ρομπότ

Ο φάκελος λειτουργίας κάθε βιομηχανικού ρομπότ είναι ένας σημαντικός παράγοντας κατά τον προσδιορισμό της χρησιμότητάς του. Ένα από τα κύρια οφέλη του εν λόγω βραχίονα ρομπότ είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν το μεγαλύτερο μέρος του φακέλου εργασίας τους και το μόνο μέρος του φακέλου που δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν είναι το πίσω μέρος, το οποίο στεγάζει τα καλώδια.

Από την άλλη πλευρά, ορισμένες τρέχουσες αρχιτεκτονικές έχουν εσωτερικά δρομολογημένα καλώδια τροφοδοσίας και δεδομένων, κάτι που επιλύει αυτό το ζήτημα και επιτρέπει στον βραχίονα του ρομπότ να χρησιμοποιεί ολόκληρο το πεδίο προσέγγισης. Ακόμα και το πιο απλό αρθρωτό ρομπότ θα βελτιστοποιήσει τον διαθέσιμο χώρο με το αποτύπωμά του στο εργοστάσιο, ανεξάρτητα από το πώς δρομολογούνται τα καλώδια. Αυτό είναι ένα τεράστιο όφελος για τα εργοστάσια που πρέπει να σκεφτούν πράγματα όπως ροή παραγωγής, προστασία και χώρο στο δάπεδο.

Αρθρωτά παραδείγματα ρομπότ

5 Αξονικό Ρομπότ

FӦRSTER 5 Άξονας ρομπότ βραχίονα; Πηγή εικόνας: Άμεση βιομηχανία

6 Αξονικό Ρομπότ

FANUC 6-άξονας ρομπότ βραχίονα; Πηγή εικόνας: PhasmatisnoxΦτάνοντας ρομπότ συγκόλλησης FANUCCC-BY 3.0

Σε τι χρησιμοποιήθηκαν τα αρθρωτά ρομπότ; | Αρθρωτές εφαρμογές ρομπότ

Αυτά τα ρομπότ προσφέρουν ευελιξία λόγω του μεγάλου εύρους εργασιών που μπορούν να κάνουν. Η συγκόλληση τόξου, η επεξεργασία υλικών, η συναρμολόγηση, η μετάβαση εξαρτημάτων, η επιλογή και η θέση, η συσκευασία, η πλήρωση συστήματος και η παλετοποίηση είναι μόνο μερικές από τις διαθέσιμες εφαρμογές. Πολλά ρομπότ, όπως το FANUC R-2000ib / 125L, μπορούν να κάνουν διάφορες εργασίες.

Ψωμί Παλετοποίησης Ρομπότ Πηγή εικόνας: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Παλετοποίηση Ρομποτικής Αυτοματισμού Εργοστασίου Ψωμί

Πολλές εταιρείες ρομποτικής, οι πιο γνωστές από τις οποίες είναι τα FANUC, Yaskawa Motoman, ABB και KUKA και η πλειοψηφία των ρομπότ αυτών των εταιρειών είναι αρθρωτές και οι δημοφιλείς εκδόσεις περιλαμβάνουν το ABB IRB 2600 και το Motoman HP20. Το FANUC είναι περισσότερο γνωστό για τα ισχυρά αρθρωτά ρομπότ έξι αξόνων, όπως η γραμμή R-2000iA, τα οποία βοήθησαν την εταιρεία να παραμείνει στην κορυφή της κοινότητας ρομποτικής.

Ακόμα και όταν έχουν εισαχθεί νέες μορφές ρομπότ λόγω τεχνολογικών εξελίξεων, αυτά τα ρομπότ έχουν διατηρήσει τη θέση τους στο περιβάλλον του αυτοκινήτου βελτιώνοντας τις διαδικασίες παραγωγής.

Οι τυπικές χρήσεις για αρθρωτά ρομπότ 6 αξόνων σε αυτοματοποίηση πλαστικής χύτευσης περιλαμβάνουν:

  • Αυτόματη συλλογή και χειρισμός ανταλλακτικών.
  • Αυτοματοποιημένη διακόσμηση σε καλούπι (IMD) και σήμανση σε καλούπι (IML).
  • Αυτοματοποιήστε τη διαδικασία φόρτωσης.
  • Αυτόματη υπερφόρτωση (πατήστε για μεταφορά μεταφοράς).
  • Αυτοματοποιημένες γραμμές συναρμολόγησης.
  • Αυτόματη στοίβαξη και ταξινόμηση.
  • Αυτοματοποιημένη επιθεώρηση.
  • Αυτοματοποίηση διαδικασιών υποστήριξης.

Αρθρωτά Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα Ρομπότ

Πλεονεκτήματα αρθρωτού ρομπότ

Τα αρθρωτά ρομπότ 6 αξόνων είναι εύκολο να ευθυγραμμιστούν με διαφορετικά επίπεδα, είναι εύκολο να ελεγχθούν και να διαχειριστούν, και μπορούν να αναπτυχθούν γρήγορα για αυτοματοποίηση πλαστικής έγχυσης σε διάφορους τύπους και μεγέθη μηχανών χύτευσης με έγχυση, καθώς και για μια ποικιλία ανάντη και μεταγενέστερες εφαρμογές.

Το φαινόμενο της μοναδικότητας συμβαίνει καθώς οι αρθρώσεις του ρομπότ ταιριάζουν. Με επιλογές όρθιας, κλίσης, τοίχου ή ανεστραμμένης τοποθέτησης, η εγκατάσταση είναι απίστευτα ευέλικτη. Έχει ενσωματωμένες δυνατότητες δικτύωσης, με Ethernet και σειριακούς συνδέσμους ως στάνταρ. Η επαναχρησιμοποίηση τέτοιων ρομπότ είναι ένα άλλο επιχείρημα που πρέπει να αλλάξετε.

Αρθρωτά μειονεκτήματα ρομπότ

Η ταχύτητα αυτών των ρομπότ είναι ένα από τα μειονεκτήματά τους. Δεν είναι τόσο αποτελεσματικά όσο άλλα είδη ρομπότ που μπορούν να εκτελούν εργασίες με υψηλό ρυθμό. Λόγω των διαφόρων αρθρώσεων και των βαθμών ελευθερίας τους, αυτά τα ρομπότ απαιτούν πολύπλοκα κινηματικά για τον έλεγχο της κίνησής τους. Έχουν επίσης υψηλότερη πυκνότητα συστατικών, η οποία δημιουργεί ένα αδρανές φράγμα που πρέπει να επιλυθεί με οποιαδήποτε μετάβαση κατεύθυνσης. Εάν η ταχύτητα είναι απαραίτητη εκτίμηση στη μελέτη κόστους-οφέλους ενός εργοστασίου, οπότε αυτός ο τύπος ρομπότ μπορεί να μην είναι η καλύτερη επιλογή.

Επιλεκτική συμμόρφωση αρθρωτός βραχίονας ρομπότ | ΣΚΑΡΑ Ρομπότ

Ένα ρομπότ SCARA (η πλήρης μορφή είναι "Επιλεκτική συμμόρφωση συναρμολόγησης ρομπότ βραχίονα" ή "Επιλεκτική συμμόρφωση αρθρωτή ρομπότ βραχίονα") είναι ένα βιομηχανικό ρομπότ. Ο βραχίονας του είναι μερικώς συμβατός στην κατεύθυνση XY, αλλά στερεώνεται στην κατεύθυνση 'Z' λόγω της διαμόρφωσης του παράλληλου άξονα του SCARA, εξ ου και ο όρος: Selective Compliant εφαρμόζεται εδώ.

Η συμμόρφωση στη ρομποτική αναφέρεται στην ικανότητα ενός ρομπότ να κινεί μία ή περισσότερες αρθρώσεις. Ένα συμβατό ρομπότ μπορεί να αποδώσει στο άγγιγμά σας, αν το πατήσετε. Δεν πρόκειται να αντεπιτεθεί ή να μείνει εκεί. Τα SCARA είναι εύκαμπτα στην κατεύθυνση XY αλλά δύσκαμπτα στο Z. Αυτό τους επιτρέπει περισσότερη σταθερότητα, κάτι που είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για εργασίες συναρμολόγησης που χρειάζονται υπακοή, όπως η τοποθέτηση ενός μανταλάκι σε μια τρύπα.

Το δεύτερο χαρακτηριστικό του SCARA είναι η δομή του βραχίονα με δύο συνδέσμους, η οποία είναι πανομοιότυπη με το ανθρώπινο σώμα μας. Έτσι η λέξη «αρθρωτή». Αυτή η λειτουργία επιτρέπει στον βραχίονα να τεντωθεί σε σφιχτούς χώρους πριν αποσυρθεί ή «αναδιπλωθεί» και ξεφύγει. Αυτό είναι χρήσιμο για τη μετακίνηση κομματιών από το ένα κελί στο άλλο ή για τη φόρτωση και εκφόρτωση κλειστών σταθμών διεργασίας.

Ρομπότ KUKA KR10 SCARA; Πηγή εικόνας: Jo Teichmann, Βιομηχανικό ρομπότ KUKA KR10 SCARA

Τα ρομπότ SCARA χρησιμοποιούνται συχνά σε διαδικασίες συναρμολόγησης όπου χρησιμοποιούνται μικρά ρομπότ. Η συμμόρφωση επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ένα μόνο επίπεδο με δύο παράλληλους συνδέσμους. Αυτή η επιλεκτική συμμόρφωση διασφαλίζει ότι αν και είναι άκαμπτη κατά μήκος του άξονα Ζ, είναι ευέλικτη κατά μήκος των αξόνων XY. Λόγω της άτυπης φύσης τους, τα ρομπότ SCARA μπορούν να εκτελέσουν ένα ευρύ φάσμα εργασιών χειρισμού υλικών.

Διαμόρφωση SCARA; Πηγή εικόνας: Νίκολα ΣμολένσκιΔιαμόρφωση SCARACC BY-SA 3.0

Η κατασκευή ενός ρομπότ SCARA αποτελείται από τη σύνδεση δύο ρομποτικών βραχιόνων, οι οποίοι συνδέονται στη μέση. Δύο αυτόνομες μηχανές τροφοδοτούν τις κινήσεις XY ενός ρομπότ SCARA. Αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούν τεχνικές παρεμβολής και αντίστροφης κινηματικής για να καθοδηγήσουν τις αυτοματοποιημένες ενέργειες γύρω από αυτούς τους άξονες.

SCARA εναντίον αρθρωτού ρομπότ

Καθώς το κόστος εργασίας αυξάνεται και ο ανταγωνισμός από τις χαμηλού μισθού υπερπόντιες τοποθεσίες εντείνεται, η ανάγκη για αυτοματοποίηση και ρομποτική αυξάνεται ολοένα και περισσότερο. Ταυτόχρονα, ο κύκλος ζωής των προϊόντων μειώνεται και η ζήτηση για προσαρμογή και, ως αποτέλεσμα, η πολυπλοκότητα των συστατικών αυξάνεται. Ο καλύτερος τρόπος για να διασφαλιστεί η παραγωγικότητα της παραγωγής και η ποιότητα του ήχου είναι η χρήση ευέλικτου, ρυθμιζόμενου αυτοματισμού. Η διαδικασία συναρμολόγησης είναι τώρα πιο γρήγορη, πιο αποτελεσματική και πιο ακριβής από ποτέ, χάρη στις εξελίξεις στον αυτοματισμό γενικά και ειδικότερα στη ρομποτική.

Ο βραχίονας ρομπότ 4 αξόνων SCARA θα μπορούσε να μετατοπίσει τη συντεταγμένη XYZ μέσα στο φάκελο εργασίας του, είναι σήμερα η πιο κοινή λύση ρομποτικής συναρμολόγησης. Η περιστροφή του καρπού χρησιμεύει ως τέταρτος άξονας κίνησης και οι περιστροφικοί σύνδεσμοι 3 παράλληλων αξόνων περιλαμβάνουν τις κινήσεις Χ, Υ και κύλισης. Στον καρπό ή στο θεμέλιο, η κάθετη κίνηση Ζ είναι συνήθως ένας ξεχωριστός γραμμικός άξονας.

Τα ρομπότ SCARA χρησιμοποιούνται συνήθως σε δύο διαστατικές λειτουργίες συναρμολόγησης όπου το τελικό βήμα είναι μια μόνο όρθια κίνηση για να συνδέσετε το εξάρτημα στην πραγματικότητα. Η εισαγωγή εξαρτημάτων σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων είναι ένα άλλο παράδειγμα από αυτό που χρησιμοποιούνται ευρέως για παραλαβή και θέση, εργασίες συσκευασίας και εγκαταστάσεις συναρμολόγησης.

Όταν τα τεμάχια εργασίας εισέρχονται στο κελί του ρομπότ υπό γωνία, κάτι πρέπει να γίνει με τα SCARA για να γίνει το μέρος ομαλό, αυτές οι αναλογίες με περισσότερα χρήματα και περισσότερα μηχανήματα. Κάποιος μπορεί να χρησιμοποιήσει το ρομπότ για να πάρει και να επαναπροσανατολίσει το στοιχείο λόγω της δεξιότητας του κάθετου αρθρωτού ρομπότ. Η ρομποτική άρθρωσης 5 και 6 αξόνων προσαρμόζεται επίσης στις τροποποιήσεις έργων και παρέχει εξαιρετική σταθερότητα πριν και μετά από ένα πρόγραμμα.

Σχετικά με την Esha Chakraborty

Έχω ένα υπόβαθρο στην Αεροδιαστημική Μηχανική, επί του παρόντος εργάζομαι για την εφαρμογή της Ρομποτικής στην Άμυνα και τη Διαστημική Επιστήμη Βιομηχανία. Είμαι συνεχής μαθητής και το πάθος μου για τις δημιουργικές τέχνες με κάνει να τείνω να σχεδιάζω νέες ιδέες μηχανικής.
Με τα ρομπότ να αντικαθιστούν σχεδόν όλες τις ανθρώπινες ενέργειες στο μέλλον, θέλω να φέρω στους αναγνώστες μου τις θεμελιώδεις πτυχές του θέματος με έναν εύκολο αλλά ενημερωτικό τρόπο. Μου αρέσει επίσης να ενημερώνω ταυτόχρονα τις εξελίξεις στον κλάδο της αεροδιαστημικής.

Συνδεθείτε μαζί μου με το LinkedIn - http://linkedin.com/in/eshachakraborty93

Lambda Geeks